论文总字数：23362字

摘 要

本文将对无运动传感器的同步磁阻电动机的两种基于反电势位置的观测器进行比较。降阶磁链观测器基于二阶，自适应性全阶磁链观测器基于四阶。电机模型将用估计转子参考模型，利用以两相旋转坐标系（d-q轴系）的矢量控制技术来代替原有模型，简化分析。如果参数估计是精确的，原先设想的规则保证了自适性全阶磁链观测器的稳定性观测器的实验性估测环境将在一台低速运行同步磁阻电动机下，并且有参数错误实验评估的数据包括对参数变化的灵敏度，谐波噪声的敏感性，在加载暂态过程中的行为，低速运行的稳定性。得出二阶观测器的增益选择比较容易，但是自适应全阶观测器在参数变动和空间谐波下更有抗性。

关键词：观测器；稳定性条件；无速度传感器；参数不确定性

A Comparison of an Adaptive Full-Order Observer and a Reduced-Order Observer for Synchronous Reluctance Motor Drives

Abstract

Abstract—Two back-EMF-based position observers are compared for motion-sensorless synchronous reluctance motor drives.The reduced-order observer is of the second order, and the adaptive full-order observer is of the fourth order. The proposed design rules guarantee the stability of the adaptive full-order observer, if the parameter estimates are accurate. The observers are experimentally evaluated using a 6.7-kW synchronous reluctance motor drive in low-speed operation and under parameter errors. The gain selection of the second order observer is easier, but the adaptive full-order observer is more robust against parameter variations and spatial harmonics

Keywords：Observer, stability conditions, speed sensorless, parameter uncertainties.

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 同步磁阻电机的发展状况 1

1.2 课题研究介绍 2

1.3 同步磁阻电动机电流矢量控制技术 4

1.3.1 矢量控制技术 5

1.3.2 交流电机三相两相坐标互换 5

1.4 本章小结 7

第二章 同步磁阻电机 7

2.1 同步磁阻电动机 1

2.1.1 同步磁阻电动机数学模型 1

2.2 同步磁阻电动机测试电路模型 2

2.3 本章小结 3

第三章 磁链观测器 4

3.1 降阶磁链观测器 4

3.1.1 简介与发展近况 4

3.1.2 降阶磁链观测器数学模型 4

3.1.3 非线性估计误差动态性 5

3.1.4 观测器增益的选择 6

3.1.5 降阶磁链观测器测试电路模型 6

3.2 自适性全阶磁链观测器 7

3.2.1原理介绍 7

3.2.2 全阶磁链观测器数学模型 7

3.2.3动态性能分析 9

3.2.5 观测器增益的选择 10

3.2.4 全阶磁链观测器测试电路模型 11

3.3 本章小结 11

第四章 仿真过程 13

4.1 仿真原理分析 13

4.1.1不确定参数的稳定性 13

4.1.2磁链观测器观测方法 15

4.2仿真模型建立 16

4.3 实验配置和参数 20

第五章 实验结果 21

5.1 实验结果 21

5.2结论 23

结语 25

参考文献 26

致谢 28

第一章 绪论

1.1 同步磁阻电机的发展状况

同步磁阻电动机是一种不需外加励磁的非均匀磁阻电机，电机的转速取决于电机极对数与定子电源的频率。稳态时，电机以驱动电源频率同步运行。这种电机中的磁场只有电枢反应磁场、故又称作反应式同步电机。磁阻同步电机多用作电动机，其结构简单紧凑、运行可靠、成本低，传统上多用在恒速传动的小功率驱动装置中，如各种自控和遥控装置、仪表及电钟等等，其功率可以从百分之一瓦到数十千瓦。

历史：同步磁阻永磁电机是同步永磁电机和同步磁阻的有机结合体。早在本世纪二十年代初,当电机理论正处于萌芽阶段时,早期同步磁阻电机就随之诞生。图1显示了一个典型的早期同步磁阻电机结构图。

图1-1 早期同步磁阻电机结构 图1-2 第二代同步磁阻电机结构

它由一个无绕组凸级转子和一个与异步电机类似的定子组成。在转子轭q轴方向加上两道气隙,以增加q 轴磁阻。利用d -q轴的磁阻差来产生磁阻转矩, Tr 为磁阻转矩, Kr 为常数, L_d 和L_q 分别为d-q 轴电感, i_d 和i_q 分别为d-q轴的电流。转子周边插上鼠笼条以产生异步起动转矩。然而,由于该异步转矩的作用,又将引起转子震荡而难以保证电机正常运行。d-q轴的磁阻差越大, 磁阻转矩也越大。所以,磁阻电机发展中的一个主要追求目标是最大限度地增大d-q 轴磁阻差。六十年代初,发展出了第二代同步磁阻电机结构,如图2所示。它利用块状转子结构来增加d -q 轴磁阻差,同时不用鼠笼条来起动转矩,而直接靠逆变器变频来起动,从而减轻了转子震荡现象。然而,为产生足够的磁阻转矩,需要定子侧有较大的励磁电流,致使该电机功率因素和效率都很低,从而影响了该种电机的推广使用。为尽可能增大d-q 轴磁阻差,同时减小励磁电流,增大功率因素,在七十年代初期产生了第三代同步磁阻电机,其转子结构如下图所示:

图1-3 第代同步磁阻电机结构

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